(57)【要約】【課題】  この発明は、数十年という長期に渡っての時間計測を可能とすると共に、半導体集積回路の電源を切断したとしても、それまで計測された時間を保持することができる、半導体集積回路を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る半導体集積回路は、トランジスタ３１、電荷注入回路２１、電荷放出回路２２、および電荷量検出回路２３を備えている。トランジスタ３１は、浮遊ゲート４を備えている。電荷注入回路２１は、浮遊ゲート４に電荷を注入するための回路である。電荷放出回路２２は、浮遊ゲート４から前記電荷を放出させるための回路である。電荷量検出回路２３は、浮遊ゲート４に蓄積されている電荷量を検出する回路である。【選択図】  図１
2005300166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊ゲートを備えるトランジスタと、
前記浮遊ゲートに電荷を注入する電荷注入回路と、
前記浮遊ゲートから前記電荷を放出させる電荷放出回路と、
前記浮遊ゲートに蓄積されている電荷量を検出する電荷量検出回路と、
を備えていることを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記トランジスタは、
ドレイン領域と当該ドレイン流域と離隔したソース領域とを、さらに備えており、
前記電荷量検出回路は、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間に流れるドレイン電流を測定することにより、前記電荷量を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記トランジスタは、
ドレイン領域と当該ドレイン流域と離隔したソース領域とを、さらに備えており、
前記電荷量検出回路は、
前記ドレイン領域と前記ソース領域との間において、所定の電流値のドレイン電流が流れ始めたときの、しきい値電圧を測定することにより、前記電荷量を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記電荷量検出回路による検出結果に応じて、所定の処理を行う制御回路を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項５】
同一の機能を有する、少なくとも２以上の回路を、さらに備えており、
前記制御回路の前記所定の処理は、
使用中の一の前記回路の動作を終了させ、未使用である一の前記回路の動作を開始させることである、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
外部からの要求に応じて、所定のサービスを当該外部に提供するサービス提供回路を、さらに備えており、
前記制御回路の前記所定の処理は、
前記サービス提供回路が提供しているサービスを終了させることである、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
データの暗号化に使用する暗号鍵を記憶する暗号鍵記憶回路を、さらに備えており、
前記制御回路の前記所定の処理は、
前記暗号鍵記憶回路に記憶されている暗号鍵を変更し、当該暗号鍵の変更を前記ユーザに通知することである、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体集積回路に係る発明であって、特に、時間計測が可能な半導体集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を用いて時間を計測することができる技術として、以下の先行技術が存在する。
【０００３】
第一の先行技術は、容量に充電した電荷を抵抗を介して放電させることにより、時間を計測する（非特許文献１）。
【０００４】
当該第一の先行技術に開示されている技術では、一端が接地に接続されている容量（容量値Ｃ）と、一端が接地に接続されている抵抗（抵抗値Ｒ）とを用意する。そして、容量の他端と抵抗の他端とを接続した回路を構成する。
【０００５】
当該回路において、容量に蓄積されている電荷を抵抗を介して接地に放電させる。すると、容量と抵抗との接続部と、接地との間の電位差は、ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ）に比例して減衰する。
【０００６】
したがって、上述の電位差を測定し、前記比例関係を用いることにより、時間の計測を行うことができる。例えば、上記の電位差がｅｘｐ（−１）倍になるまでの時間は、ＲＣである。
【０００７】
また、第二の先行技術は、クロック回路で発生したクロック数を数えることにより、時間を計測する（非特許文献２）。
【０００８】
例えば、クロック回路の動作周波数がｆだとする。そして、当該クロック回路が発生するクロック数をＮ回数えたとする。この場合、クロック数をＮ回数えるまでの時間は、Ｎ／ｆである。
【０００９】
【非特許文献１】ＦＡＩＲＣＨＩＬＤ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  Ｃｏ．、”Ｓｉｎｇｌｅ  Ｔｉｍｅｒ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、[平成１６年３月８日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆａｉｒｃｈｉｌｄｓｅｍｉ．ｃｏｍ／ｄｓ／ＮＥ／ＮＥ５５５．ｐｄｆ＞
【非特許文献２】ＭＡＸＩＭ  Ｃｏ．、”Ｅｌａｐｓｅｄ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、[平成１６年３月８日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｐｄｆｓｅｒｖ．ｍａｘｉｍ−ｉｃ．ｃｏｍ／ｅｎ／ｄｓ／ＤＳ１６０２．ｐｄｆ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
第一の先行技術を利用して、数十年という長期の時間を計測する場合には、非常に大きな抵抗および容量を使用する必要がある。しかし、そのような非常に大きな抵抗や容量を使用することは、回路設計上非現実的である。
【００１１】
また、クロック回路の動作周波数は、年々速くなってきている。したがって、第二の先行技術を利用して、数十年という長期の時間を計測する場合には、膨大なカウントレジスタを使用する必要がある。しかし、そのような膨大なカウントレジスタを使用することは、回路設計上非現実的である。
【００１２】
また、第一の先行技術を利用して時間を計測する場合に、半導体集積回路の電源を切ると、容量と抵抗との接続部と、接地との間の電位差は、喪失してしまう。したがって、半導体集積回路の電源を一旦切断してしまうと、それまで計測してきた時間もクリアされてしまう。
【００１３】
また、第二の先行技術を利用して時間を計測する場合にも、半導体集積回路の電源を切ると、それまでカウントされてきたクロック回数がクリアされてしまう。
【００１４】
第二の先行技術において、半導体集積回路の停止時に、計測してきた時間を保持するためのデータ保持用メモリを別途増設することも考えられる。しかし、この場合には、データ保持用のバッテリーがさらに必要となり、回路全体が複雑化する。
【００１５】
そこで、この発明は、数十年という長期に渡っての時間計測を可能とすると共に、半導体集積回路の電源を切断したとしても、簡易な回路構成で、それまで計測された時間を保持することができる、半導体集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の半導体集積回路は、浮遊ゲートを備えるトランジスタと、前記浮遊ゲートに電荷を注入する電荷注入回路と、前記浮遊ゲートから前記電荷を放出させる電荷放出回路と、前記浮遊ゲートに蓄積されている電荷量を検出する電荷量検出回路と、を備えている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の半導体集積回路は、浮遊ゲートを備えるトランジスタと、前記浮遊ゲートに電荷を注入する電荷注入回路と、前記浮遊ゲートから前記電荷を放出させる電荷放出回路と、前記浮遊ゲートに蓄積されている電荷量を検出する電荷量検出回路と、を備えているので、浮遊ゲート内の電荷の減少量を測定（検出）することにより、当該半導体集積回路は、時間の計測をすることができる。なぜなら、浮遊ゲートから電荷を放出させる時間と、浮遊ゲートの電荷の電荷量との間の一対一の関係があるからである。また、一度、電荷注入回路により浮遊ゲート内に電荷が注入されると、電荷放出回路を用いて浮遊ゲートから電荷を放出させたとしても、浮遊ゲート内の電荷量が０になるには、相当の期間を要する。したがって、半導体集積回路は、長期に渡って時間の計測をすることが可能となる。また、半導体集積回路の電源を切っても、浮遊ゲート内の電荷の電荷量は変化しないので、半導体集積回路の電源を切断したとしても、それまで計測されていた時間を保持することができる。なお、当該時間保持には、バッテリーは要さない。さらに、電荷放出回路による電荷放出処理を、半導体集積回路の動作と連動させることにより、半導体集積回路の動作期間のみ、当該半導体集積回路は時間の計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る半導体集積回路の構成を概念的に示したブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る半導体集積回路は、制御回路１１、時間経過通知回路１２、電荷注入回路２１、電荷放出回路２２、電荷量測定回路２３、およびＭＯＳトランジスタ３１により構成されている。
【００２１】
ここで、ＭＯＳトランジスタ３１は、浮遊ゲートを備えている。また、電荷注入回路２１は、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲートに電荷を注入するための回路である。また、電荷放出回路２２は、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲートから電荷を放出させるための回路である。また、電荷量測定回路２３は、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲートに蓄積されている電荷の量を測定するための回路である。
【００２２】
また、制御回路１１は、電荷注入回路２１、電荷放出回路２２、および電荷量測定回路２３を制御する回路である。また、制御回路１１は、電荷量検出回路２２により検出された検出結果と、予め指定された値とを比較する。そして、当該比較の結果に応じて、制御回路１１は、所定の処理を行う。
【００２３】
本実施の形態では、予め指定された値は、任意の電荷量である。よって、制御回路１１は、電荷量検出回路２２により検出された浮遊ゲート内の電荷の電荷量と、予め指定された電荷量とを比較する。そして、制御回路１１は、当該比較の結果に応じて、時間経過通知回路１２の動作を制御する。
【００２４】
図１に示すように、制御回路１１とＭＯＳトランジスタ３１には、電荷注入回路２１、電荷放出回路２２、および電荷量測定回路２３が各々接続されている。また、制御回路１１には、別個に時間経過通知回路１２が接続されている。
【００２５】
図２は、ＭＯＳトランジスタ３１の構成を示す断面図である。
【００２６】
図２に示すように、Ｐ型の基板１の表面内には、ｎ＋型の拡散領域が２つ形成されている。ここで、一方の拡散領域は、ソース領域２であり、他方の拡散領域は、ドレイン領域３である。また、ソース領域２とドレイン領域３とは、離隔して形成されいる。ソース領域２とドレイン領域３との間の基板１の表面内には、所定の条件の下に、チャネル領域８が形成される。
【００２７】
また、チャネル領域８上方には、絶縁膜を介して浮遊ゲート４が配設されている。さらに、浮遊ゲート４上には、絶縁膜を介して制御ゲート５が配設されている。
【００２８】
次に、図３を用いて、本実施の形態に係る半導体集積回路の処理の流れについて説明する。
【００２９】
まずはじめに、電荷注入回路２１を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に電荷を注入する（ステップＳ１）。具体的には、以下の処理を行う。
【００３０】
図４に示すように、ＭＯＳトランジスタ３１のソース領域２を接地電位に接続する。また、基板１の底面も接地電位に接続する。そして、電荷注入回路２１を用いて、制御ゲート電極５とドレイン領域３とに正の電圧を、一定時間印加する。
【００３１】
当該電荷注入回路２１を用いた電圧印加処理により、基板１内のチャネル領域８を移動する電子が、浮遊ゲート４に注入される。
【００３２】
例えば、ドレイン領域３に４Ｖ、制御ゲート５に６．５Ｖの電圧を、１ｍｓ印加する。すると、浮遊ゲート４には、電荷量−２．８ｆＣ程度の電子が注入されることが、実験から確認されている。
【００３３】
また、当該電荷注入処理は、段階的に行ってもよい。この場合には、各電荷注入処理後に、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を観察し、所定の電荷量の電荷が浮遊ゲート４内に注入された時点で、次にステップ進むことになる。
【００３４】
次に、電荷放出回路２２を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４から電荷を放出させる（ステップＳ２）。具体的には、以下の処理を行う。
【００３５】
図５に示すように、ＭＯＳトランジスタ３１のソース領域２を接地電位に接続する。また、基板１の底面も接地電位に接続する。そして、電荷放出回路２２を用いて、制御ゲート電極５に負の電圧を印加する。このとき、ドレイン領域３はフローティング状態である。
【００３６】
当該電荷放出回路２２を用いた電圧印加処理により、浮遊ゲート４に蓄積されていた電子は、基板１に向けて放出される。例えば、制御ゲート５に−１０Ｖの電圧を印加する。すると、図６のシミュレーション結果が示す関係に従って、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量は、時間と共に減少する（文献、Ｐ．Ｐａｖａｎ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｅｌｌｓ−−Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ｖｏｌ．８５，ｎｏ．８，ｐｐ．１２４８−１２７１（１９９７）参照）。
【００３７】
図６において、縦軸は、浮遊ゲート４に蓄積されている電荷の電荷量（ｆＣ）であり、横軸は、制御ゲート５に負の電圧を印加した時間（ｓ）である。また、図６から分かるように、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量と、制御ゲート５に電圧を印加させる時間（つまり、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間）とは、一対一の関係がある。
【００３８】
なお、制御ゲート５に印加する負の電圧値を大きくすればするほど、浮遊ゲート４からの電荷の放出は、より促進する。したがって、この場合、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量の変化率は、より大きくなる。
【００３９】
次に、電荷量測定回路２３を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に蓄積されている電荷量を測定する（ステップＳ３）。
【００４０】
ここで、当該電荷量の検出は、直接電荷量を測定してもよい。また、電荷量の変化に起因する電気的特性の変化を測定することにより、間接的に電荷量の検出を行ってもよい。間接的に電荷量を検出する具体的な方法は、実施の形態２，３で述べる。
【００４１】
次に、制御回路１１を用いて、ステップＳ３で測定された電荷量と、予め指定された電荷量との比較を行う（ステップＳ４）。
【００４２】
ところで、図６から分かるように、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量と、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間との間に一対一の対応関係がある。したがって、ステップＳ４での比較処理は、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間と、指定時間とを比較していることを意味する。
【００４３】
ここで、指定時間とは、図６の関係の下で、予め指定された電荷量に対応する時間のことである。
【００４４】
例えば、予め指定された電荷量は、−２．０５ｆＣだとする。この場合、ステップＳ４では、図６の関係から分かるように、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間と、１０年とを比較していることを意味する。
【００４５】
したがって、ユーザは、図６の関係を利用して、今自分が興味のある時間（年数）に対応する電荷量を、半導体集積回路に予めに指定する必要がある。
【００４６】
さて、ステップＳ４での比較の結果、ステップＳ３において測定した電荷量が、予め指定しておいた電荷量より絶対値表示で大きいなら（ステップＳ４で「Ｎ」）、ステップＳ２の処理に戻る。
【００４７】
ここで、ステップＳ４での「Ｎ」の場合は、浮遊ゲート４からの電荷放出に費やした時間が、指定時間を経過していない場合を意味する。
【００４８】
これに対して、ステップＳ４での比較の結果、絶対値表示で、ステップＳ３において測定した電荷量が、予め指定しておいた電荷量以下だとする（ステップＳ４で「Ｙ」）。つまり、浮遊ゲート４からの電荷放出に費やした時間が、指定時間を経過したとする（ステップＳ４で「Ｙ」）。
【００４９】
この場合、制御回路１１は、時間経過通知回路１２を制御し、当該時間経過通知回路１２は、浮遊ゲート４からの電荷放出に費やした時間が、指定時間を経過したことをユーザに通知する（ステップＳ５）。
【００５０】
ここで、電荷放出回路２２が、半導体集積回路の動作期間のみ、浮遊ゲート４から電荷を放出させる処理を行うように、当該電荷放出回路２２は設定されているとする。また、ステップ２での処理時間（浮遊ゲート４から電荷を放出させた時間）が、ステップＳ３での処理時間（電荷量を測定した時間）より十分に長いとする。
【００５１】
すると、浮遊ゲート４から電荷を放出させた時間が、半導体集積回路の動作時間と等しくなる。
【００５２】
したがって、上記のように、電荷放出回路２２の電荷放出動作を半導体集積回路の動作と連動させた場合には、時間経過通知回路１２は、半導体集積回路の動作時間が、指定時間を経過したことを、ユーザに通知することになる。
【００５３】
なお、制御回路１１は、予め指定された値と比較することなく、単に、電荷量検出回路２３による検出結果に応じて、所定の処理（本実施の形態では、時間経過通知回路１２を制御。）を行っても良い。
【００５４】
以上のように、構成され、また処理を行う半導体集積回路は、以下に示すような効果を有する。
【００５５】
図６に示すように、浮遊ゲート４から電荷を放出させる時間と、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量との間の一対一の関係がある。したがって、本実施の形態に係る半導体集積回路は、浮遊ゲート４内の電荷の減少量を測定（検出）することにより、時間の計測をすることができる。
【００５６】
また、一度、浮遊ゲート４に電荷が注入されると、その後、制御ゲート５に負の所定の電圧を印加して強制的に、浮遊ゲート４内の電荷を放出させたとしても、完全に浮遊ゲート４から電荷を放出させるためには、膨大な時間を要する（図６参照）。これは、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量の変化を長期に渡って観測できることを意味する。
【００５７】
したがって、本実施に係る半導体集積回路は、長期間に渡り当該時間の計測を行うことができる。
【００５８】
また、半導体集積回路の電源を切っても、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量は変化しないので、半導体集積回路の電源を切断したとしても、それまで計測されていた時間を保持することができる。また、電荷を保持するためのバッテリーも要さない。
【００５９】
さらに、電荷放出回路２２による電荷放出処理を、半導体集積回路の動作と連動させることにより（つまり、半導体集積回路の動作期間のみ、浮遊ゲート４からの電荷の放出処理を行い、半導体集積回路の停止期間中には、浮遊ゲート４からの電荷の放出処理は行わないよう、電荷放出回路２２を動作させることにより）、半導体集積回路の動作期間のみ、当該半導体集積回路は時間の計測を行うことができる。
【００６０】
これは、制御ゲート５に、浮遊ゲート４内の電荷を強制的に放出させるような、電圧が印加しないなら、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量は、ほとんど変化しないからである。
【００６１】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、電荷量測定回路２３を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定する（図３のステップＳ３）方法について、説明する。
【００６２】
図７は、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定する様子を示す図である。
【００６３】
図７に示すように、ＭＯＳトランジスタ３１のソース領域２を接地電位に接続する。また、基板１の底面も接地電位に接続する。そして、電荷量測定回路２３を用いて、制御ゲート電極５とドレイン領域３とに正の電圧を印加する。
【００６４】
すると、基板１内のチャネル領域８が形成される。そして、当該チャネル領域８を通って、ソース−ドレイン間にドレイン電流Ｉｄが流れる。当該ドレイン電流Ｉｄを電荷量測定回路２３を用いて測定する。
【００６５】
ところで、ドレイン電流Ｉｄと浮遊ゲート４内の電荷の電荷量との間には、一対一の関係があることが知られている。例えば、ドレイン領域３に１．５Ｖ、制御ゲート５に１．５Ｖの正の電圧を印加したとする。この場合には、図８のシミュレーション結果が示す関係が、ドレイン電流Ｉｄと浮遊ゲート４内の電荷の電荷量との間にあることが分かっている（文献、Ｐ．Ｐａｖａｎ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｅｌｌｓ−−Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ｖｏｌ．８５，ｎｏ．８，ｐｐ．１２４８−１２７１（１９９７）参照）。
【００６６】
図８において、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄ（Ａ）であり、横軸は、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量（ｆＣ）である。
【００６７】
したがって、電荷量測定回路２３を用いてドレイン電流Ｉｄを測定し、上記図８に示すような関係を考慮することにより、間接的に浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定することができる。
【００６８】
また、図６に示したように、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が長ければ長いほど、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量は、絶対値表示で減少する。
【００６９】
また、図８に示したように、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量が、絶対値表示で減少すれば減少するほど、チャネル領域８内を流れるドレイン電流Ｉｄの電流値は、増大する。
【００７０】
したがって、図８の結果と図６の結果とを考慮すると、ステップＳ２において、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が長ければ長いほど、図９に示すシミュレーション結果のように、電荷量測定回路２３により測定されるドレイン電流Ｉｄの電流値が大きくなることが分かる。
【００７１】
図９において、縦軸は、ドレイン電流Ｉｄ（Ａ）であり、横軸は、制御ゲート４に負の電圧を印加した時間（ｓ）である。図９は、ドレイン電流Ｉｄ測定時に、ドレイン領域３および制御ゲート５に１．５Ｖの電圧を印加した場合の図である。
【００７２】
例えば、図９から分かるように、電荷量測定回路２３により測定されたドレイン電流値が０．１６μＡより大きいことは、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる処理時間が１０年を経過していることを意味する。
【００７３】
ここで、実施の形態１と同様に、電荷放出回路２２による電荷放出処理を、半導体集積回路の動作と連動させる。そうすると、上記図９に示す関係により、以下のことが言える。
【００７４】
つまり、実施の形態１では、制御回路１１が、測定された電荷量と予め指定された電荷量とを比較することにより、半導体集積回路の動作時間が指定時間を超えたか否かを判定していた（ステップＳ４）。
【００７５】
しかし、本実施の形態に係る電荷量の検出方法を採用する場合には、制御回路１１は、測定されたドレイン電流値と予め指定されたドレイン電流値とを比較することにより、半導体集積回路の動作時間が指定時間を超えたか否かを判定することができる（ステップＳ４）。
【００７６】
＜実施の形態３＞
実施の形態２では、チャネル領域８に流れるドレイン電流Ｉｄの電流値を測定することにより、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定した。
【００７７】
本実施の形態では、ＭＯＳトランジスタ３１のしきい値電圧Ｖｔｈを測定することにより、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定する（図３のステップＳ３）。
【００７８】
図７で示した構成において、ドレイン領域３に正の電圧を印加する。一方、制御ゲート５に対しては、正の電圧で掃引する。当該電圧印加処理により、チャネル領域８にドレイン電流が流れ始める。そのときのＭＯＳトランジスタ３１のしきい値電圧Ｖｔｈを測定する（図３のステップＳ３）。
【００７９】
本実施の形態では、ドレイン領域に１．５Ｖ電圧を印加する。そして、制御ゲート５に印加する電圧を単調に増加させていく。当該電圧印加処理の際、チャネル領域８に１０μＡのドレイン電流Ｉｄが流れたとする。このときに制御ゲート５に印加されている電圧値を、しきい値電圧Ｖｔｈと定義する。
【００８０】
ところで、ＭＯＳトランジスタ３１のしきい値電圧Ｖｔｈと、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量との間には、図１０に示すシミュレーション結果のように、一対一の対応関係があることが知られている（文献、Ｐ．Ｐａｖａｎ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｅｌｌｓ−−Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ｖｏｌ．８５，ｎｏ．８，ｐｐ．１２４８−１２７１（１９９７）参照）。図１０において、縦軸は、しきい値電圧Ｖｔｈ（Ｖ）であり、横軸は、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量（ｆＣ）である。
【００８１】
したがって、電荷量測定回路２３を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを測定し、上記図１０に示すような関係を考慮することにより、間接的に浮遊ゲート４内の電荷の電荷量を測定することができる。
【００８２】
また、図６に示したように、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が長ければ長いほど、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量は、絶対値表示で減少する。
【００８３】
また、図１０に示したように、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量が、絶対値表示で減少すれば減少するほど、しきい値電圧Ｖｔｈの電圧値は、低下する。
【００８４】
したがって、図１０の結果と図６の結果とを考慮すると、ステップＳ２において、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が長ければ長いほど、図１１に示すシミュレーション結果のように、電荷量測定回路２３により測定されるしきい値電圧Ｖｔｈの電圧値が小さくなることが分かる。
【００８５】
図１１において、縦軸は、しきい値電圧Ｖｔｈ（Ｖ）であり、横軸は、制御ゲート４に負の電圧を印加した時間（ｓ）である。図１１は、ドレイン領域３に１．５Ｖの電圧を印加した状態で、制御ゲート５に掃引電圧を印加した場合の図である。
【００８６】
例えば、図１１から分かるように、電荷量測定回路２３により測定されたしきい値電圧値が３．２Ｖより小さいことは、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる処理時間が１０年を経過していることを意味する。
【００８７】
ここで、実施の形態１と同様に、電荷放出回路２２による電荷放出処理を、半導体集積回路の動作と連動させる。そうすると、上記図１１に示す関係により、以下のことが言える。
【００８８】
つまり、実施の形態１では、制御回路１１が、測定された電荷量と予め指定された電荷量とを比較することにより、半導体集積回路の動作時間が指定時間を超えたか否かを判定していた（ステップＳ４）。
【００８９】
しかし、本実施の形態に係る電荷量の検出方法を採用する場合には、制御回路１１は、測定されたしきい値電圧値と予め指定されたしきい値電圧値とを比較することにより、半導体集積回路の動作時間が指定時間を超えたか否かを判定することができる（ステップＳ４）。
【００９０】
なお、実施の形態２に係る電荷量の測定方法を採用した場合には、制御ゲート５に掃引電圧を印加する必要が無い点でメリットがある。
【００９１】
本実施の形態に係る電荷量の測定方法を採用した場合には、浮遊ゲート４内の電荷の電荷量の変化の小さい領域での検出感度が、実施の形態２の場合より良好である点でメリットがある。
【００９２】
＜実施の形態４＞
図１２は、本実施の形態に係る半導体集積回路の構成を概念的に示したブロック図である。
【００９３】
図１２示す半導体集積回路は、図１の半導体集積回路とほぼ同じ構成であるが、以下の点において異なる。
【００９４】
つまり、実施の形態１に係る半導体集積回路は、制御回路１１には、時間経過通知回路１２が接続されていた（図１参照）。しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、制御回路１１には、同じ機能を有する、少なくとも２以上（図１２では３つ）の回路４１，４２，４３が、各々接続されている（図１２参照）。つまり、回路４１，４２，４３は、相互に等価な回路である。
【００９５】
ここで、複数の回路４１，４２，４３は、同時に使用されるものでは無く、一の回路が使用されている間は、他の残りの回路は不使用状態である。
【００９６】
また、実施の形態１に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間（ここで、指定時間とは、実施の形態１でも説明したように、図６の関係の下で、予め指定された電荷量に対応する時間のことである。）を経過した場合には、制御回路１１は、時間経過通知回路１２を制御していた。そして、時間経過通知回路１２は、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過したことをユーザに通知していた（図３のステップＳ５）。
【００９７】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過した場合には、制御回路１１は、現在使用している一の回路４１，４２，４３の動作を止める。そして、制御回路１１は、不使用状態の回路４１，４２，４３のうちの一の回路を使用状態に切替える。
【００９８】
その他の半導体集積回路の構成は、図１で示した構成と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００９９】
次に、図１３を用いて、本実施の形態に係る半導体集積回路の処理の流れについて説明する。
【０１００】
まずはじめに、電荷注入回路２１を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に電荷を注入する（ステップＳ２１）。
【０１０１】
次に、電荷放出回路２２を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４から電荷を放出させる（ステップＳ２２）。
【０１０２】
ここで、本実施の形態においても、半導体集積回路が動作している期間のみ、電荷放出回路２２を用いて、浮遊ゲート４から電荷を放出させることとする。つまり、浮遊ゲート４からの電荷の放出時間は、半導体集積回路の動作時間（ＯＮ時間）と等しい。
【０１０３】
次に、電荷量測定回路２３を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に蓄積されている電荷量を測定する（ステップＳ２３）。
【０１０４】
当該電荷量の測定は、実施の形態２で説明したようにドレイン電流Ｉｄの測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。また、実施の形態３で説明したように、しきい値電圧Ｖｔｈの測定を測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。
【０１０５】
次に、制御回路１１を用いて、電荷放出回路２２により浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間（つまり、半導体集積回路の動作時間）が、指定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２４）。
【０１０６】
ここで、ステップＳ２１〜Ｓ２４までの処理の方法は、図３のステップＳ１〜Ｓ４と同等であるので、ここでの具体的な説明は省略する。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、ステップＳ２４の判定の際に使用される指定時間は、回路４１，４２，４３が劣化により正常に動作しなくなるまでの時間よりも短い時間であるとする。
【０１０８】
ステップＳ２４において、半導体集積回路の動作時間が、指定時間を経過していないと判定した場合には（ステップＳ２４で「Ｎ」）、ステップＳ２２への処理へと戻る。
【０１０９】
一方、ステップＳ２４において、半導体集積回路の動作時間が、指定時間を経過していると判定した場合には（ステップＳ２４で「Ｙ」）、本実施の形態に係る半導体集積回路では、ステップＳ２５の処理へと移行する。
【０１１０】
ステップＳ２５では、制御回路１１は、不使用状態の回路４１，４２，４３のうち未使用の回路が存在するか否かの判定を行う。
【０１１１】
ステップＳ２５の判定処理において、未使用の回路４１，４２，４３が存在しないと判断したときには（ステップＳ２５で「Ｎ」）、半導体集積回路の動作は停止する。
【０１１２】
一方、ステップＳ２５の判定処理において、未使用の回路４１，４２，４３が存在すると判断したときには（ステップＳ２５で「Ｙ」）、ステップＳ２６の処理へ移行する。
【０１１３】
ステップＳ２６では、制御回路１１は、現在使用中の回路（回路４１，４２，４３のうちのいずれか一つ。ここでは、回路４１が使用中であるとする）の使用を止める。そして、不使用状態の回路４２，４３のうち未使用の回路を一つ選択し、当該選択した回路を使用状態にする。
【０１１４】
例えば、回路４２が既に使用済みの回路であり、回路４３が未使用の回路であるとする。そうすると、ステップＳ２６で選択される回路は、回路４３となる。つまり、この場合、制御回路１１は、回路４１から回路４３へと使用状態の切替えを行う。
【０１１５】
そして、ステップＳ２６において、回路４１，４２，４３の使用状態の切替え処理を完了した後は、ステップＳ２１に戻り、浮遊ゲート４への電荷注入処理を再び行う（つまり、これまで計測してきた時間のリセットを行う）。
【０１１６】
以上のように、本実施の形態に係る半導体集積回路の制御回路１１は、電荷量測定回路２３の検出結果と、予めに指定された値との比較を行い（つまり、本実施の形態では、半導体集積回路の動作時間と指定時間との比較を行い）、当該比較結果に応じて、使用中の回路４１から未使用の回路４３へと使用状態の切替えを行っている。
【０１１７】
よって、現在使用中の回路４１が劣化により正常に動作しなくなる前に、新たな回路４３に動作の切替えを行うことができる。したがって、長期に渡り半導体集積回路は、安定した動作を行うことができる。
【０１１８】
また、半導体集積回路を構成する各回路は、数年単位での耐久性を通常有している。したがって、短期間の計測しかできないタイマを用いた場合には、上記のような冗長回路を構成することはできない。
【０１１９】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、実施の形態１で説明したように、長期間に渡っての時間の計測が可能である。よって、半導体集積回路を構成する各回路４１，４２，４３の寿命が長い場合にも、上記のような冗長回路を構成することができる。
【０１２０】
＜実施の形態５＞
図１４は、本実施の形態に係る半導体集積回路の構成を概念的に示したブロック図である。
【０１２１】
図１４示す半導体集積回路は、図１の半導体集積回路とほぼ同じ構成であるが、以下の点において異なる。
【０１２２】
つまり、実施の形態１に係る半導体集積回路は、制御回路１１には、時間経過通知回路１２が接続されていた（図１参照）。
【０１２３】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、制御回路１１には、外部（ユーザ）からのサービス要求を受信するサービス要求受取回路５１と、当該受信したサービス要求に応じて、所定のサービス（音楽配信サービスや映像配信サービス等）を当該外部（ユーザ）に提供するサービス提供回路５２とが、各々接続されている（図１２参照）。
【０１２４】
また、実施の形態１に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間（ここで、指定時間とは、実施の形態１でも説明したように、図６の関係の下で、予め指定された電荷量に対応する時間のことである。）を経過した場合には、制御回路１１は、時間経過通知回路１２を制御していた。そして、時間経過通知回路１２は、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過したことをユーザに通知していた（図３のステップＳ５）。
【０１２５】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過した場合には、制御回路１１は、サービス提供回路５２を制御する。そして、サービス提供回路５２は、提供しているサービスを終了させる。
【０１２６】
その他の半導体集積回路の構成は、図１で示した構成と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１２７】
次に、図１５を用いて、本実施の形態に係る半導体集積回路の処理の流れについて説明する。
【０１２８】
まずはじめに、実施の形態１と同様に、電荷注入回路２１を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に電荷を注入する（ステップＳ３１）。
【０１２９】
次に、サービス要求受取回路５１は、外部（ユーザ）からのサービス要求信号を受信する（ステップＳ３２）。
【０１３０】
次に、実施の形態１と同様に、電荷放出回路２２を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４から電荷を放出させる（ステップＳ３３）。
【０１３１】
次に、サービス提供回路５２は、ユーザに対して、所定のサービスの提供を開始する（ステップＳ３４）。
【０１３２】
ここで、本実施の形態では、サービス提供回路５２が、所定のサービスをユーザに提供している期間のみ、電荷放出回路２２を用いて、浮遊ゲート４から電荷を放出させることとする。つまり、浮遊ゲート４からの電荷の放出時間は、サービスを提供している時間と等しい。
【０１３３】
次に、実施の形態１と同様に、電荷量測定回路２３を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に蓄積されている電荷量を測定する（ステップＳ３５）。
【０１３４】
当該電荷量の測定は、実施の形態２で説明したようにドレイン電流Ｉｄの測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。また、実施の形態３で説明したように、しきい値電圧Ｖｔｈの測定を測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。
【０１３５】
次に、実施の形態１と同様に、制御回路１１を用いて、電荷放出回路２２により浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間（つまり、所定のサービスの提供時間）が、指定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ３６）。
【０１３６】
ステップＳ３６において、所定のサービスの提供時間が、指定時間を経過していないと判定した場合には（ステップＳ３６で「Ｎ」）、ステップＳ３２への処理へと戻る。
【０１３７】
一方、ステップＳ３６において、所定のサービスの提供時間が、指定時間を経過していると判定した場合には（ステップＳ３６で「Ｙ」）、制御回路１１は、所定のサービスの提供を終了するように、サービス提供回路５２を制御する。
【０１３８】
以上のように、本実施の形態に係る半導体集積回路の制御回路１１は、電荷量測定回路２３の検出結果と、予めて指定された値との比較を行い（つまり、本実施の形態では、所定のサービスの提供時間と指定時間との比較を行い）、所定のサービスの提供継続の是非を判断している。
【０１３９】
したがって、本発明に係る半導体集積回路のタイマ機能を利用することにより、予め指定されている指定時間の間のみ、ユーザに対して、所定のサービスの配信を行うことができる。特に、本実施の形態に係る半導体集積回路のタイマは、長時間計測に適しているので、長時間、所定のサービスを提供することを想定している場合には、本実施の形態に係る半導体集積回路は、有効である。
【０１４０】
＜実施の形態６＞
図１６は、本実施の形態に係る半導体集積回路の構成を概念的に示したブロック図である。
【０１４１】
図１６示す半導体集積回路は、図１の半導体集積回路とほぼ同じ構成であるが、以下の点において異なる。
【０１４２】
つまり、実施の形態１に係る半導体集積回路は、制御回路１１には、時間経過通知回路１２が接続されていた（図１参照）。
【０１４３】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、制御回路１１には、データの暗号化に使用する暗号鍵を記憶する暗号鍵記憶回路５３が接続されている。
【０１４４】
また、実施の形態１に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間（ここで、指定時間とは、実施の形態１でも説明したように、図６の関係の下で、予め指定された電荷量に対応する時間のことである。）を経過した場合には、制御回路１１は、時間経過通知回路１２を制御していた。そして、時間経過通知回路１２は、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過したことをユーザに通知していた（図３のステップＳ５）。
【０１４５】
しかし、本実施の形態に係る半導体集積回路では、電荷放出回路２２を用いて浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させる時間が、指定時間を経過した場合には、制御回路１１は、暗号鍵記憶回路５３に記憶している暗号鍵の変更を行う。そして、制御回路１１は、ユーザに対して、暗号鍵が変更になった旨を通知する。
【０１４６】
その他の半導体集積回路の構成は、図１で示した構成と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０１４７】
次に、図１７を用いて、本実施の形態に係る半導体集積回路の処理の流れについて説明する。
【０１４８】
まずはじめに、実施の形態１と同様に、電荷注入回路２１を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に電荷を注入する（ステップＳ４１）。
【０１４９】
次に、実施の形態１と同様に、電荷放出回路２２を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４から電荷を放出させる（ステップＳ４２）。
【０１５０】
次に、実施の形態１と同様に、電荷量測定回路２３を用いて、ＭＯＳトランジスタ３１の浮遊ゲート４に蓄積されている電荷量を測定する（ステップＳ４３）。
【０１５１】
当該電荷量の測定は、実施の形態２で説明したようにドレイン電流Ｉｄの測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。また、実施の形態３で説明したように、しきい値電圧Ｖｔｈの測定を測定を行うことにより、間接的に行ってもよい。
【０１５２】
次に、実施の形態１と同様に、制御回路１１を用いて、電荷放出回路２２により浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間が、指定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ４４）。
【０１５３】
ステップＳ４４において、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間が、指定時間を経過していないと判定した場合には（ステップＳ４４で「Ｎ」）、ステップＳ４２への処理へと戻る。
【０１５４】
一方、ステップＳ４４において、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間が、指定時間を経過していると判定した場合には（ステップＳ４４で「Ｙ」）、本実施の形態に係る半導体集積回路では、ステップＳ４５の処理へと移行する。
【０１５５】
ステップＳ４５では、制御回路１１は、暗号鍵記憶回路５３に記憶していた暗号鍵の変更を行う。
【０１５６】
そして、暗号鍵の変更が終了すると、当該暗号鍵を変更した旨を通知する信号を出力ピンから出力する（ステップＳ４６）。この信号を受けて、例えば電子メールをユーザに配信することで、暗号鍵の変更をユーザに通知できる。
【０１５７】
そして、ステップＳ４６において、ユーザへの暗号鍵変更通知を完了した後は、ステップＳ４１に戻り、浮遊ゲート４への電荷注入処理を再び行う（つまり、これまで計測してきた時間のリセットを行う）。
【０１５８】
上記、ステップＳ４１からステップＳ４６の処理を繰り返すことにより、指定時間毎に、暗号鍵記憶回路５３に記憶されている暗号鍵の変更を行う。
【０１５９】
以上のように、本実施の形態に係る半導体集積回路の制御回路１１は、電荷量測定回路２３の検出結果と、予めて指定された値との比較を行い（つまり、浮遊ゲート４から強制的に電荷を放出させた時間と指定時間との比較を行い）、当該比較結果に応じて、暗号鍵記憶回路５３に記憶されている暗号鍵の変更を行っている。
【０１６０】
したがって、本実施の形態では、所定の期間（指定時間）経過毎に、暗号鍵の変更を行っているので、全く暗号鍵の変更を行わない場合と比較して、暗号鍵の解読を防止することができ、データ転送の際の安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】実施の形態１に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図２】ＭＯＳトランジスタの構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体集積回路の動作を説明するための図である。
【図４】浮遊ゲート内に電荷を注入する様子を示す断面図である。
【図５】浮遊ゲートから電荷を強制的に放出させる様子を示す断面図である。
【図６】浮遊ゲート内の電荷の電荷量と、浮遊ゲートから電荷を強制的に放出させる時間との関係を示す図である。
【図７】ドレイン電流を測定することにより、間接的に浮遊ゲート内の電荷の電荷量を測定する様子を示す断面図である。
【図８】ドレイン電流と、浮遊ゲート内の電荷の電荷量との関係を示す図である。
【図９】ドレイン電流と、浮遊ゲートから電荷を強制的に放出させる時間との関係を示す図である。
【図１０】しきい値電圧と、浮遊ゲート内の電荷の電荷量との関係を示す図である。
【図１１】しきい値電圧と、浮遊ゲートから電荷を強制的に放出させる時間との関係を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態４に係る半導体集積回路の動作を説明するための図である。
【図１４】実施の形態５に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態５に係る半導体集積回路の動作を説明するための図である。
【図１６】実施の形態６に係る半導体集積回路の構成を示すブロック図である。
【図１７】実施の形態６に係る半導体集積回路の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１６２】
１  基板、２  ソース領域、３  ドレイン領域、４  浮遊ゲート、５  制御ゲート、８  チャネル領域、１１  制御回路、１２  時間経過通知回路、２１  電荷注入回路、２２  電荷放出回路、２３  電荷量測定回路、３１  ＭＯＳトランジスタ、４１〜４３  回路、５１  サービス要求受取回路、５２  サービス提供回路、５３  暗号鍵記憶回路。
【図１】
2005300166.tif 000003
【図２】
2005300166.tif 000004
【図３】
2005300166.tif 000005
【図４】
2005300166.tif 000006
【図５】
2005300166.tif 000007
【図６】
2005300166.tif 000008
【図７】
2005300166.tif 000009
【図８】
2005300166.tif 000010
【図９】
2005300166.tif 000011
【図１０】
2005300166.tif 000012
【図１１】
2005300166.tif 000013
【図１２】
2005300166.tif 000014
【図１３】
2005300166.tif 000015
【図１４】
2005300166.tif 000016
【図１５】
2005300166.tif 000017
【図１６】
2005300166.tif 000018
【図１７】
2005300166.tif 000019